基于改進(jìn)PM濾波的折射體繪制.pdf

1、科學(xué)計(jì)算可視化是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一門新興學(xué)科，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)等諸多領(lǐng)域。科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的核心是三維數(shù)據(jù)場(chǎng)的可視化。體繪制技術(shù)是常用的三維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化方法，具有渲染圖像細(xì)節(jié)豐富等優(yōu)點(diǎn)，一直是研究的熱點(diǎn)。然而，目前體繪制光學(xué)模型只考慮了光線的發(fā)射、吸收、發(fā)射與吸收三種光學(xué)現(xiàn)象，而光線的折射現(xiàn)象卻常常被忽略。折射是最常見(jiàn)的光學(xué)現(xiàn)象之一，能夠增強(qiáng)繪制圖像的真實(shí)感和空間層次感，理應(yīng)成為可視化系統(tǒng)強(qiáng)有力的工具。另一

2、方面，不能表現(xiàn)折射現(xiàn)象的可視化成像系統(tǒng)不能說(shuō)是完善的，無(wú)法為用戶提供完美的視覺(jué)體驗(yàn)。因此，折射體繪制的研究勢(shì)在必行。
　　 本文首先介紹了折射體繪制的基礎(chǔ)理論，包括折射現(xiàn)象的原理和離散數(shù)據(jù)場(chǎng)中的折射模型，接著介紹了折射體繪制算法?，F(xiàn)有的折射體繪制算法通過(guò)改進(jìn)光線投射算法而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采樣點(diǎn)上的相對(duì)折射率不為1時(shí)，需要根據(jù)Shell定律重新計(jì)算光線的前進(jìn)方向。相對(duì)折射率和法向量估計(jì)是折射體繪制的偽像誤差主要來(lái)源。本文采用SSFL方法進(jìn)

3、行相對(duì)折射率估計(jì)，采用4D線性回歸法進(jìn)行法向量估計(jì)，試驗(yàn)證明估計(jì)的精度得到了保證。隨后本文提出了折射體繪制的等值面顯示方法，其難點(diǎn)在于離散數(shù)據(jù)場(chǎng)中沒(méi)有明確的等值面，可能導(dǎo)致光線在等值面附近重復(fù)折射多次。本文采用異向搜尋的方法有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。為了提高折射體繪制的結(jié)果圖像質(zhì)量，本文研究了體數(shù)據(jù)的各異向擴(kuò)散濾波。通過(guò)在Alvarez模型尺度函數(shù)中增加了一個(gè)曲率控制項(xiàng)，提出了一種基于曲率的各向異性濾波模型。該模型的解可以通過(guò)水平集方法得到